[发明专利]基于时间外差投影的运动干涉场的标定方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于三维数字成像领域，尤其涉及一种基于时间外差投影的运动干涉场的标定方法与系统。

背景技术

动态表面成像与测量在流水线检测、军事、实验力学、体感游戏等领域有着广泛的需求。同时，相位辅助三维成像具有非接触、速度快、精度高、数据密度大等优点，在逆向工程、质量控制、缺陷检测和文化娱乐等领域均有广泛的应用。利用相位辅助手段进行动态表面成像可以显著改善成像精度与分辨率，而相位是一个不能够直接观测的物理量，相移算法是从条纹结构光中获得相位信息的重要手段。在使用相移算法进行动态表面成像时，运动对成像的影响较大，而减少成像需要的变形条纹图数目是降低这一影响的重要手段。使用单一空间频率的折叠条纹图可以有效减少成像需要的图像数目，但其在对应点查找中必须使用两个约束条件。使用投影仪作为结构光发生装置的系统，由于可以利用相机的标定方法标定投影仪，因此仅需要两台相机即可提供足够的约束条件。利用时间外差干涉装置产生的运动条纹干涉场，使用两台相机并不足以提供足够的约束条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于时间外差投影的运动干涉场的标定方法与系统，以确保当使用两台相机与单一空间频率条纹的条件下，也有足够的约束条件确定对应点。本发明是这样实现的：

一种基于时间外差投影的运动干涉场的标定方法，包括下述步骤：

步骤A，将分别设有一个标志点的立体标靶与时间参数标定板固定放置在视场中，并利用两台相机同步采集若干帧包含所述立体标靶与时间参数标定板的变形条纹图，同时，根据每台相机采集的各帧变形条纹图，利用相应的相移算法计算每台相机的折叠相位图与调制度图像，并记录每台相机的折叠相位图中时间参数标定板上的标志点的坐标和相位值；同时，对每台相机的调制度图像进行归一化，并对归一化后的调制度图像进行图像分割，去除背景；

步骤B，对分割后的两台相机的调制度图像进行边缘检测，提取出立体标靶与两个标志点，同时，以立体标靶上的标志点为基准，空间相位展开两台相机的折叠相位图，得到两台相机采集的立体标靶表面的连续相位分布图；

步骤C，计算其中一台相机的连续相位分布图中相位沿图像x轴的梯度，利用梯度得到插值的相位间隔，并在每行沿横向方向插值亚像素点，同时，搜索另一台相机的连续相位分布图中与所插值的亚像素点对应的亚像素点，并据此重建等相位点的三维数据；

步骤D，利用重建的等相位点的三维数据拟合等相位面，并记录所述等相位面的折叠相位与平面参数。

进一步地，求解每台相机采集的各帧变形条纹图的折叠相位图与调制度图像之前，还包括对所述若干帧变形条纹图进行滤波的步骤；

计算每台相机的折叠相位图与调制度图像的方法为相移算法；

所述图像分割的方法为阈值分割法。

进一步地，所述边缘检测采用Canny算子；

提取立体标靶与两个标志点的方法为：对所述边缘检测得到的边缘检测图像数据进行椭圆拟合，并通过拟合误差与数据的横坐标的相对位置，判断并提取所述立体标靶与两个标志点。

进一步地，所述步骤C包括如下步骤：

步骤C1，利用其中一台相机的连续相位分布图上的一行数据，通过最小二乘法拟合相位沿图像横坐标方向的梯度，并通过如下公式得到插值的相位间隔：

φplug=2πround(2π▿x)]]>

其中表示相位沿横坐标的梯度，φ_plug表示计算得到的插值的相位间隔，round表示四舍五入运算；

步骤C2，按照插值的相位间隔，在所选择的相机的连续相位分布图上沿每一行插值亚像素点，得到新的连续相位分布图；

步骤C3，通过辅助极线约束的方法查找另一台相机的连续相位分布图中与插值的亚像素点对应的亚像素点，并据此重建等相位点的三维数据。

进一步地，所述步骤D通过如下公式拟合等相位面：